一種用於無輸入整流交流電子負載或高頻電源的功率電路的製作方法

2023-06-09 15:52:56

專利名稱：一種用於無輸入整流交流電子負載或高頻電源的功率電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於電氣設備技術領域，涉及一種測量儀器的檢測電路，具體涉及一種用 於無輸入整流交流電子負載或無輸入整流高頻電源的功率電路。
背景技術：
目前國內外的交流電子負載，種類繁多，但還停留在對交流電進行測試時必須使 用輸入整流管、功率電阻、體積龐大的電抗器基礎上去做測試設備的功率迴路。以前的方法 最致命缺陷就是對要設置的功能很不靈活，很難在一個基本結構上去實現多種功能，體積 又相當的龐大對使用場地和設計的靈活性有很大的限制。另外現在的電源也都需要輸入整流元件，導致整流接點損耗始終無法徹底排除。 此反饋型作為電源輸入端的功率電路時，只有線路的阻抗損耗，完全沒有整流元件的接點 損耗，在提倡綠色環保、低碳技術的今天，此結構離綠色低碳技術更近了一步。還有目前專用的ALC控制晶片還無法做到在允許很寬範圍輸入時達到輸出幅度 一直保持不變，而且在輸出幅度很低時晶片所含的直流成份也比較高，不能直接使用在高 端的設備中。此專用電路有電壓電流基準波形設置靈活、穩定、在純交流輸入時輸出的直流 量可以靈活調整的目的。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中功率電路設計複雜、電子元件多、體積龐大等 不足之處，提供一種用於無輸入整流元件交流電子負載或無輸入整流元件高頻電源的功率 電路。本發明實現其目的採用的技術方案是一種用於無輸入整流元件交流電子負載或 無輸入整流元件高頻電源的功率電路，所述功率電路包括由兩個相同的基本功率單元連接 組成的一個一級交流功率單元，所述一級交流單元中的兩個基本功率單元的輸入端分別作 為被測電壓的輸入端，兩基本功率單元的另一端作為公共連接端連接在一起。所述一級功率單元中還配合一個具有專用的ALC自動電平控制電路的模擬單元， 所述ALC自動電平控制電路中包含一個被測試交直流電壓輸入端、一個可編輯直流基準輸 入端、一個分壓基準信號輸出端、一個固定輸出幅度的交流或直流基準信號輸出端、兩個緩 衝器U1、U2、一個多擋位緩衝單元、反饋交流有效值轉換直流單元、誤差比較單元TO、誤差 正負分離電路U3、U4、輸入增益調整單元Q3、Q4。所述功率電路包括由兩個或兩個以上所述一級交流功率單元連接形成的二級交 流功率單元。所述二級交流功率單元中，每個一級交流功率單元的兩輸入端首尾順序連接，即 形成閉合型多相二級交流功率單元。或者，所述二級交流功率單元中，每個一級交流功率單元的其中一個輸入端連接， 另一端獨立，即形成開放型多相二級交流功率單元。
上述技術方案中，所述基本功率單元為消耗型功率單元，其包含有一個被測試交 流相電壓或直流正極電壓輸入端、一個基本功率電路公共連接端、一個電流控制功率級以 及與之對應的一個基準和模式切換端，其還包括一個或一個以上與所述電流控制功率級串 聯的平均分壓控制功率級，且每個平均分壓控制功率級分別設有對應的隔離基準電壓傳感 電路單元。或者，所述基本功率單元為PFC回饋型功率單元，其包含有一個被測試交流相電 壓或直流正極電壓輸入端、一個基本功率電路公共連接端、一個一級開關管、一個PFC專用 晶片、一個負半周控制功率管、一個一級升壓電感。或者，所述基本功率單元為反激電源回饋型功率單元，其包含有一個被測試交流 相電壓或直流正極電壓輸入端、一個基本功率電路公共連接端、一個一級開關管、一個PWM 專用晶片、一個負半周控制功率管、一個一級隔離變壓器。本發明採用上述技術方案後，通過設置兩個完全相同的基本功率單元形成一級交 流功率單元，以及通過若干個一級交流功率單元的組合來實現單相、多相輸入交流電壓、多 組直流輸入電壓的檢測，避免使用輸入整流元件，應用在檢測設備中能使檢測設備具有功 能強大、設置靈活、體積小、綠色環保、測試電壓範圍寬、沒有輸入整流管的接點損耗(在低 壓大電流交流測試有更大的優勢)等特點。本發明的優點主要體現在1).符合21世紀環保產品的總體要求，損耗接點少低壓時效率高，是一種不需要 輸入整流元件的真正交直流電子負載。2).提供了多種在開發時很靈活的終端功率迴路裝置，可以用此裝置進行與軟體 的配合，靈活設置自己的功能要求。3).本發明功率電路可從根本上減小了產品的體積，沒有了佔據很大空間的電抗 器和功率電阻。4).可以很靈活的實現恆流模式、恆阻模式、恆壓模式、恆功率、整流模式、脈衝模 式、容性負載模式、感性負載模式、短路模式、直流防反接、人為編輯的任意加載模式等等。5).交流電壓加載頻率範圍寬(0 2. 5KHz)，可以加載任意輸入交流波形(比如 正弦波、方波、三角波、鋸齒波等)。6).在實現消耗型時可以通過增加串聯功率管級數的方式提高輸入承受電壓範圍。7).消耗型可以測試0. 1 500VRms或更寬範圍的測試電壓，直接用增加功率管串 聯方式來提高輸入電壓的測試範圍。8).消耗型通過串聯兩級功率電路控制可以有效防止電路在建立測試狀態之前的 振蕩現象，這樣可以適應測試各種模式工作的電源。9).很方便的通過硬體實現功率電路軟啟動，減少了被測試電壓接入時對功率回 路的大電流衝擊。10).專用的自動電平控制ALC電路保證了在穩定電壓幅度的基礎上，電壓波形完 全與輸入電壓波形一致，然後可以通過單片機對此基準信號隨意的進行編輯工作電流波形 (及PF、CF值等)或加載電壓波形。


圖1是本發明一級交流功率單元的原理框圖；圖2是本發明一種二級交流功率單元的原理框圖；圖3是本發明另一種二級交流功率單元的原理框圖；圖4是本發明ALC自動電平控制電路的電路原理圖；圖5是本發明一種消耗型基本功率單元的電路原理圖；圖6是本發明一種PFC回饋型基本功率單元的電路原理圖；圖7是本發明一種反激回饋型基本功率單元的電路原理圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例和附圖對本發明進一步說明。首先，如圖1所示，一種用於無輸入整流交流電子負載或無輸入整流高頻電源的 功率電路，所述功率電路包括由兩個相同的基本功率單元10連接組成的一級功率單元1， 所述一級功率單元1中的兩個基本功率單元10的輸入端分別作為被測電壓的輸入端，兩基 本功率單元10的另一端作為公共連接端連接在一起。所述一級功率單元1中還包括一 ALC 自動電平控制電路11，再結合圖4所示，所述ALC自動電平控制電路11中包含一個被測試 交直流電壓輸入端119、一個可編輯直流基準輸入端117、一個分壓基準信號輸出端112、一 個固定輸出幅度的交流或直流基準信號輸出端118、兩個緩衝器Ul、U2、一個多擋位緩衝單 元1110、反饋交流有效值轉換直流單元1111、誤差比較單元TO、誤差正負分離電路U3、U4、 輸入增益調整單元Q3、Q4。ALC自動電平控制電路11的工作過程如下將被測電壓的信號經過電阻分壓送入 緩衝器U1，然後分兩路輸出，一路送U2去實現實時均衡串聯功率分壓，一路送多擋位控制 的緩衝單元1110。多擋位緩衝器的信號送入放大電路Ql、Q2，然後分別由上下增益受控晶 體管Ql、Q2負責將正負半周的信號送入下一級Q5 Q8，將正負半周的交流信號合併完整 周期的信號繼續分兩路輸出。一路作為交流或直流基準信號送入固定輸出幅度的交流或直 流基準信號輸出端118，另一路送入有效值轉直流高精度轉換電路單元1111。在有效值轉 換為直流後將送入下一級誤差比較單元U5與鍵盤設置的電壓作比較，然後將比較的差值 由誤差正負分離電路U3、U4送入輸入增益調整單元Q3、Q4的正和負電壓的負反饋端，由此 電壓去調整Ql、Q2的增益，最後達到輸出穩定的目的。ALC自動電平控制電路11主要是給功率電路提供在0 5KHz以內幅度穩定的 基準信號，為了保證在0 5KHz範圍內信號幅度一致，所以將ALC電路的帶寬提升到了 200KHZ，並且採用的是直流偶合方式，有效的避免了非線性偶合元件對不同頻率輸出幅度 的影響。本發明中，所述的基本功率單元10可以為如圖5所示只能做電子負載的消耗型基 本功率單元，其包含有一個被測試交流相電壓或直流正極電壓輸入端G1、一個基本功率電 路公共連接端HI、一個電流控制功率級Q11以及與之對應的一個基準和模式切換端A1，其 還包括一個或一個以上與所述電流控制功率級Q11串聯的平均分壓控制功率級Q12、Q13， 且每個平均分壓控制功率級Q12、Q13分別設有對應的隔離基準電壓傳感電路單元B1、C1。上述基本功率單元由一級電流控制功率Q11或增加一級至多級串聯功率管(如Q12、Q13)組成一個單元，在開發低壓功率電路時可以只用一級電流控制功率管Q1擔任工 作；在開發更高電壓的功率電路時可以由多級平均分壓控制功率管Q12、Q13與電流控制級 Q11串聯組成迴路來擔任工作。在每一級平均分壓控制功率級Q12、Q13都有隔離的基準信號輸入和模式切換單 元電路(圖5中的基準和模式切換、隔離基準電壓傳感電路單元)，專用分壓或恆壓基準負 責將基準送到每一級串聯功率電路按比例進行分壓調整。分壓、恆壓基準信號及切換電路 主要在不同模式下對基準信號的切換及編輯，而隔離電壓傳感單元電路主要是將編輯好的 基準電壓幅度信號同時隔離傳送給每一級串聯功率電路單元，然後按不同的模式進行平均 分壓，以達到每一級承受功率相等。在不需要串聯功率電路單元時就不會用到分壓基準和 隔離電壓傳感電路，此時直接將編輯好的基準送入第一級電流控制功率Q11或Q11 Q13 電路去實現各種工作模式。將兩個圖5所示的基本功率單元的基本功率電路公共連接端HI連接在一起即組 成如圖1所示的一級交流迴路功率單元1，其為一個單相交流迴路或兩組直流功率電路，分 別由兩個G1端輸入單相交流或G1端與公共連接端輸入兩組直流正極電壓，可以再配合具 有專用ALC自動電平控制電路11的模擬單元以及執行單片機、指令單片機、通訊接口、鍵 盤、顯示模塊等硬體設置構成一完整的檢測模塊。或者，以圖1中所示的一級交流迴路功率單元1為基礎單元，將若干個一級交流功 率單元1連接，可形成如圖2所示的閉合型多相二級交流功率單元，其是由每個一級交流交 流迴路功率單元1的兩輸入端首尾順序連接而成；也可形成如圖3所示的開放型多相二級 交流功率單元，其是由每個一級交流迴路功率單元1的其中一個輸入端連接、另一端獨立 而形成。採用圖5所示基本功率單元所形成的檢測電路的優點是可以很寬範圍的測試交 流輸入電壓，為科研機構、研發部門生產等提供了很方便的測試。本發明中，所述的基本功率單元10可以為如圖6所示的一種PFC回饋型基本功率 單元，其包含有一個被測試交流相電壓或直流正極電壓輸入端G2、一個基本功率電路公共 連接端H2、一個一級開關管Q21、一個PFC專用晶片、一個負半周控制功率管Q22、一個一級 升壓電感L21。其工作原理是將交流正半周電壓或直流正極電壓由PFC電路穩壓輸出給 下一級直流轉交流迴路提供工作的母線電壓，同時負半周的相同結構PFC穩壓輸出與這路 進行並聯輸出。同理將兩個圖6所示的基本功率單元的基本功率電路公共連接端H2連接在一起 即組成如圖1所示的一級交流功率單元1，其為一個單相交流迴路或兩組直流功率電路，分 別由兩個G2端輸入單相交流或G2端與公共連接端輸入兩組直流正極電壓，再配合具有ALC 自動電平控制電路11的模擬單元以及執行單片機、指令單片機、通訊接口、鍵盤、顯示模塊 等硬體設置構成一完整的檢測模塊。或者，若干個採用圖6所示的基本功率單元10連接組成的一級個交流功率單元1 連接，可形成如圖2所示的閉合型多相二級交流迴路功率單元，其是由每個一級功率單元 1的兩輸入端首尾順序連接而成；也可形成如圖3所示的開放型多相二級交流迴路功率單 元，其是由每個一級交流迴路功率單元1的其中一個輸入端連接、另一端獨立而形成。採用圖6所示的回饋型基本功率單元所設計的檢測電路的優點是可以實現功率
6大效率高，適合於長期老化測試和對供電設備衝擊性能等測試。本發明中，所述的基本功率單元10可以為如圖7所示的另一種反激回饋型基本功 率單元，其包含有一個被測試交流相電壓或兩組與公共連接端H3之間輸入直流正極電壓 輸入端G3、一個基本功率電路公共連接端H3、一個一級開關管Q31、一個PWM專用晶片、一個 負半周控制功率管Q32、一個一級隔離變壓器T31。其主要工作原理是將交流正半周電壓 或直流正極電壓由一級隔離變壓器T31整流穩壓後傳輸給下一級直流轉交流迴路提供工 作的母線電壓，同時負半周輸出相同結構的穩壓輸出與這路進行並聯輸出。同理將兩個圖7所示的基本功率單元的基本功率電路公共連接端H3連接在一起 即組成如圖1所示的一級交流迴路功率單元1，其為一個單相交流迴路或兩組直流功率電 路，分別由兩個G3端輸入單相交流或兩組與公共連接端H3之間輸入直流正極電壓輸入端 G3，再配合具有ALC自動電平控制電路11以及執行單片機、指令單片機、通訊接口、鍵盤、顯 示模塊等硬體設置構成一完整的檢測模塊。或者，若干個採用圖7所示的基本功率單元10連接組成的一級功率單元1連接， 可形成如圖2所示的閉合型多相二級交流功率單元，其是由每個一級功率單元1的兩輸入 端首尾順序連接而成；也可形成如圖3所示的開放型多相二級交流功率單元，其是由每個 一級交流功率單元1的其中一個輸入端連接、另一端獨立而形成。採用圖7所示的回饋型基本功率單元所設計的檢測電路的優點是在測量較小功 率固定電壓回饋型時可以做到更小體積，實現更高效率。
權利要求
1.一種用於無輸入整流交流電子負載或高頻電源的功率電路，其特徵在於所述功率 電路包括由兩個相同的基本功率單元(10)連接組成的一個一級交流功率單元(1)，所述一 級交流功率單元(1)中的兩個基本功率單元(10)的輸入端(G)分別作為被測電壓的輸入 端，兩基本功率單元(10)的另一端(H)作為公共連接端連接在一起。
2.根據權利要求1所述的一種用於無輸入整流交流電子負載或高頻電源的功率電路， 其特徵在於所述一級交流功率單元(1)還配合具有一 ALC自動電平控制電路(11)的模擬 單元，所述ALC自動電平控制電路(11)中包含一個被測試交直流電壓輸入端(119)、一個 輸入差分放大單元(Q1、Q2)、一個可編輯直流基準輸入端(117)、一個分壓基準信號輸出端 (112)、一個固定輸出幅度的交流或直流基準信號輸出端(118)、兩個緩衝器(U1、U2)、一個 多擋位緩衝單元(1110)、反饋交流有效值轉換直流單元(1111)、誤差比較單元⑴5)、誤差 正負分離電路(U3、U4)、輸入增益調整單元(Q3、Q4)。
3.根據權利要求2所述的一種用於無輸入整流交流電子負載或高頻電源的功率電路， 其特徵在於所述功率電路包括由兩個或兩個以上所述一級交流功率單元(1)連接形成的 二級交流功率單元(2)。
4.根據權利要求3所述的一種用於無輸入整流交流電子負載或高頻電源的功率電路， 其特徵在於所述二級交流迴路功率單元(2)中，每個一級交流功率單元(1)的兩輸入端首 尾順序連接，即形成閉合型多相二級交流功率單元。
5.根據權利要求3所述的一種用於無輸入整流交流電子負載或高頻電源的功率電路， 其特徵在於所述二級交流功率單元(2)中，每個一級交流功率單元(1)的其中一個輸入端 連接，另一端獨立，即形成開放型多相二級交流功率單元。
6.根據權利要求1或2或3或4或5所述的一種用於無輸入整流交流電子負載或高頻 電源的功率電路，其特徵在於所述基本功率單元(10)為消耗型功率單元，其包含有一個 被測試交流相電壓或直流正極電壓輸入端(G1)、一個基本功率電路公共連接端(HI)、一個 電流控制功率級(Q11)以及與之對應的一個基準和模式切換端(A1)，其還包括一個或一個 以上與所述電流控制功率級(Q11)串聯的平均分壓控制功率級(Q12、Q13)，且每個平均分 壓控制功率級(Q12、Q13)分別設有對應的隔離基準電壓傳感電路單元(B1、C1)。
7.根據權利要求1或2或3或4或5所述的一種用於無輸入整流交流電子負載或高 頻電源的功率電路，其特徵在於所述基本功率單元(10)為PFC控制回饋型功率單元，其 包含有一個被測試交流相電壓或直流正極電壓輸入端(G2)、一個基本功率電路公共連接端 (H2)、一個一級開關管(Q21)、一個PFC專用晶片、一個負半周控制功率管(Q22)、一個一級 升壓電感(L21)。
8.根據權利要求1或2或3或4或5所述的一種用於無輸入整流交流電子負載或高 頻電源的功率電路，其特徵在於所述基本功率單元(10)為反激電源回饋型功率單元，其 包含有一個被測試交流相電壓或直流正極電壓輸入端(G3)、一個基本功率電路公共連接端 (H3)、一個一級開關管(Q31)、一個PWM專用晶片、一個負半周控制功率管(Q32)、一個一級 隔離變壓器(T31)。
全文摘要
本發明屬於電氣設備技術領域，涉及一種用於無輸入整流交流電子負載或無輸入整流高頻電源的功率電路，所述功率電路包括由兩個相同的基本功率單元連接組成的一級交流功率單元，所述一級交流功率單元中的兩個基本功率單元的輸入端分別作為被測電壓的輸入端，兩基本功率單元的另一端作為公共連接端連接在一起。在檢測電路中使用本發明可避免使用輸入整流管等元件，應用在檢測設備和電源中具有功能強大、設置靈活、體積小、綠色環保、測試電壓範圍寬、沒有輸入整流元件的接點損耗和閥值電壓以下沒電流等缺點，實現了真正直接輸入交流而不用輸入整流元件的交流電子負載或無輸入整流元件高頻電源功率電路的目的。
文檔編號H02M1/00GK102005904SQ20101050866
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月18日 優先權日2010年10月18日
發明者陳幫雲 申請人:陳幫雲